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第三章 能量的轉化與守恒
第8節 能量的轉化與守恒
浙教版 科學（初中）
九年級上
1
課堂導入
觀察思考
動能和勢能之間可以相互轉化
那么，其他形式的能量是否也會發生相互轉化呢？能量在轉化過程中遵循什么規律？
摩擦生熱 機械能與熱能的轉化
互動學習
2
一、能量的相互轉化
1、自然界中能量的形式
機械能、內能、化學能、電能、太陽能、生物能、地熱能、潮汐能、核能等多種形式，各種形式的能量不是孤立的，而是相互聯系的。
能量可以在兩個物體之間轉移，能量形式也可以轉化。
下列物體具有哪種形式的能量？物體的能量發生怎樣變化？
金屬勺放入熱水中
水具有內能
金屬勺放入熱水中
水的內能
勺子的內能
轉移
A物勻速上升，B物勻速下降
A
B
B的勢能
A的勢能
轉移
A、B物體具有動能和勢能
化學能
轉化
森林火災
森林具有化學能，森林發生火災時
內能
勢能
轉化
特技跳傘
動能
跳傘運動員具有動能和勢能，跳傘運動員在下落過程中：
2、太陽能的轉化
(1)太陽光照射到綠色植物的葉片上，葉片通過光合作用把水和 CO2 合成為淀粉等有機物質，將電磁能（光能）轉變為化學能儲存在植物里
太陽能 化學能
轉變
（2）太陽光照射到大氣層中，使大氣產生對流，將電磁能轉變為空氣的動能
(3)太陽光照射到太陽能熱水器上，將電磁能轉變為水的內能；
(4)太陽光照射到電池板上，將電磁能轉化為電能。
3、人體能量的來源及轉化
人的生命活動和人體完成的各種動作，都需要能量，那么能量來自哪里呢？
所有這些能量都來自于食物。
人吃進各種食物，食物消化后被吸收的營養物質由血液輸送到人體各處。
轉化
食物的化學能
人體的內能、電能、機械能等
4、火力發電廠
我們每天都在使用電能，電能由發電廠提供你知道火力發電廠的電能是如何轉化而來的嗎？
儲煤罐
傳遞帶
煙囪
蒸汽管
渦輪機
發電機
變壓器
輸電線
鍋爐
河流或水庫
在火力發電廠中，燃燒煤或者天然氣來加熱水，水沸騰后產生的蒸汽驅動渦旋機轉動，渦旋機帶動發動機發電。
煤(天然氣)的化學能
內能
轉化
機械能
電能
轉化
轉化
青蛙從地上躍起捕捉害蟲。在這個過程中，青蛙消耗了什么能？這些能量到哪里去了？青蛙獲得了什么能？這些能量來自哪里？
青蛙捕食
青蛙從地上躍起捕捉害蟲。在這個過程中，青蛙消耗了化學能，這些能量轉化為機械能；青蛙獲得了機械能，這些能量來自害蟲的化學能。
大量事實表明，自然界中各種形式的能量都不是孤立的，不同形式的能量之間會發生相互轉化，能量也會在不同的物體間相互轉移。
平常我們所說的“消耗能量”、“利用能量”或者“獲得能量”，實質上就是能量相互轉化或轉移的過程。
氫氧化鈉在水中溶解，溫度會升高；硝酸銨在水中溶解，溫度會降低。這兩種物質在溶解過程中，能量的形式各發生了怎樣的轉化？
氫氧化鈉在水中溶解溫度會升高是把化學能轉化為內能。
硝酸銨在水中溶解，溫度會降低是把內能轉化為化學能。
光合作用——地球上最主要的能量轉化過程
閱讀課文回答什么是光合作用？為什么說光合作用是地球上最主要的能量轉化過程。
光合作用：是指植物利用光能，把二氧化碳和水轉化成有機物，并釋放出氧氣的過程；因為光合作用不僅為生物體提供食物和能量，也是目前世界上主要動力的源泉。人類利用的煤、石油、天然氣等化石能源，是古代植物進行光合作用攢積下來的。因此，光合作用是地球上最主要的能量轉化過程。
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二、能量的轉化與守恒定律
我們已經知道，能量有機械能、電能、內能、化學能及核能等各種不同形式， 各種形式的能量可以在一定條件下相互轉化。那么在相互轉化的過程中能量的多少是否發生變化呢？
不是全部轉化重物的機械能，電動機消耗的電能一部分轉化為重物的機械能一部分轉化為內能；
如果把轉化后的各種形式的能量全部加起來跟電動機消耗的電能相等。
大量事實告訴我們，任何一種形式的能量在轉化為其他形式的能量過程中，消耗多少某種形式的能量，就得到多少其他形式的能量，能量的總量是保持不變的。
19 世紀確立了自然界最普遍的規律之 一——能量守恒定律。
能量既不會消滅，也不會創生，它只會從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體。而在轉化和轉移的過程中，能的總量保持不變。這就是能量轉化和守恒定律。
注意：能量轉化和守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。無論是宏觀物體運動還是微觀粒子運動，都遵循這個定律。
1、你知道什么是永動機嗎？
機械師斯特爾永動機
永動機：不消耗任何能量和燃料，卻源源不斷對外做功的機器。
2、如圖所示，達·芬奇曾設計了一個 “永動機”一只圓輪，里面裝有可以自由滾動的重鋼球。利用隔板的特殊形狀，使輪子一邊的鋼球總是滾到另一邊距離輪心遠些的地方，這樣，在鋼球的重力作用下，輪子便會轉動不息。你認為這個“永動機”能旋轉不息嗎？為什么？
這個“永動機”不可能旋轉不息因為圓輪轉動是要克服摩擦力和空氣阻力消耗能量，即機械能會轉化為內能。
根據能量的轉化和守恒定律可知：機械能逐漸減少，經過足夠長時間，機械能會全部轉化為內能。
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三、能量的轉移和轉化的方向性
永動機”制造一直失敗的原因是：它違背了能量的轉化和守恒定律。那么，遵循能量的轉化和守恒定律的事件是否一定會發生呢？
一塊熾熱的鐵塊投入水中時能量發生怎樣的轉移？
當一塊熾熱的鐵塊投入水中時，內能從鐵塊傳遞給水，最后兩者達到相同的溫度。但是，鐵塊不可能自發地從同溫度的水中吸收熱，使自己變得熾熱。
熱量的轉移是有方向性的，熱量只能自發地從高溫物體傳向低溫物體，而決不會反向轉移。
當雜技演員沿竹竿下滑時，能量又是如何轉化？
手和竹竿的內能，能使演員上升嗎？
當雜技演員沿竹竿下滑時，演員的重力勢能有一部分轉化為手和竹竿的內能，使手和竹竿的溫度升高。但是，相反的過程也不會自發地發生，即手和竹竿不可能自發地降低溫度，而使人的位置升高，盡管這一過程也不違反能量轉化和守恒定律。
歸納總結：
（1）能量的轉化和轉移是有方向的，內能不能自發地從低溫物體傳到高溫物體。我們是在能量轉移或轉化過程中利用能量的。
（2）能量的利用率不可能達到100%
能量的轉化和守恒定律的建立
1840 年，德國醫生邁爾（Julius Robert von Mayer）從生理學角度對能量進行了研究，他發現病人的靜脈血比他預計的要紅得多，因此他開始思考動物熱的問題，并由此萌發了所有形式的能量都可以相互轉化的想法。他還分析了多種能量的轉化和守恒的現象，成為首先闡述能量守恒思想的人。
從 1840~1878 年的近 40 年時間里，英國科學家焦耳研究了電流熱效應、空氣壓縮時溫度的升高以及電、化學和機械作用之間的聯系。他發現了焦耳定律，得出了電能向內能轉化的定量關系。他做了 400多次實驗，用各種方法測定熱與功之間的當量關系，精確地測定了熱
和機械功之間的當量關系的數值，為能量守恒定律的確立奠定了定量的實驗基礎。
1847 年，德國科學家亥姆霍茲（Hermann Ludwig Ferdinard von Helmholtz）發表了《論力的守恒》一文，把能量的概念推廣到熱學、電磁學、天文學和生理學等領域，系統、嚴密地闡述了能量守恒思想。他分析了機械能、化學能、電磁能等不同形式能量的轉化和守恒，并把能量守恒與永動機不可能制成聯系起來。他認為機器只能轉化能量，而不能創造和消滅能量。他對能量守恒定律作出了清晰、具有說服力的論述，從而使能量轉化和守恒定律得到人們的廣泛接受。
可見，能量轉化和守恒定律是眾多科學家集體智慧的結晶。
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課堂小結
THANKS
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